WO2020207811A1 - Circuit assembly, electrolysis device, and method for operating a circuit assembly or an electrolysis device - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement comprising at least one coil arrangement with a first coil and a second coil, the first coil being connected to a DC voltage side of a rectifier of the circuit arrangement and the second coil being connected to a current source of the circuit arrangement. Furthermore, the invention relates to an electrolysis device and a method for operating a circuit arrangement or an electrolysis device.
  • Chemical electrolyses such as hydrogen electrolyses are carried out using electrolysers operated with direct current.
  • the direct current is provided, for example, via line-commutated rectifiers. With this rectification of a mains-side alternating voltage, due to the way in which the direct current is provided.
  • Rectifier harmonics arise, which can load the alternating current network and / or the direct current network.
  • One way of reducing this load can be achieved, for example, by a higher-pulse system in which several rectifiers are operated with a phase offset in relation to the mains voltage to generate the direct current.
  • this can cause problems on the
  • direct current choke can be used, for example, in each direct current system comprising a rectifier.
  • Direct current choke per direct current system has the disadvantage that the coils each require a large proportion of iron, since the iron circuit of the direct current chokes is completely pre-saturated by the direct current generated to operate the electrolysers. Furthermore, the required amount of iron is required for each DC choke or for each rectifier used.
  • a suction throttle connected between two direct current systems can also be very large, since the direct current suction choke has to absorb the differential voltage between the two direct current systems due to the phase offset between the two rectifiers. Furthermore, depending on the pulsation of the system, several suction throttles for un different frequencies may be necessary in order to achieve sufficient filtering of harmonics. In this case, too, the suction throttles used each require a large iron core. Due to the high current strengths of the direct current required for an industrial electrolysis use, considerable demands are made on the suction throttles or direct current throttles used, which is particularly due to the considerable size of the iron core and thus also the considerable size, weight and high cost of the throttles connected is.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a circuit arrangement by means of which the need for iron for a DC choke can be reduced.
  • the first coil and the second coil are coupled to one another via a coupling component of the coil arrangement which forms a core of the coils.
  • the first coil connected to the DC voltage side of the DC voltage converter of the circuit arrangement is used as a DC choke for smoothing the direct current or as a smoothing device for smoothing the direct current or attenuating the direct current superimposed harmonics.
  • the second coil which is coupled to the first coil via the coupling component as a common core, can act as a compensation coil when the current is supplied accordingly, so that a magnetic flux generated by the second coil corresponds to that of the first coil, which carries the direct current generated by the rectifier, generated magnetic flux within the common coupling element counteracts counteracted.
  • the amount of iron within the first coil can be reduced due to this compensation without reducing the inductance of the coil required to smooth the direct current. In this way, the direct current (or the damping of the harmonics) can be smoothed despite the reduced iron content within the first coil.
  • the coupling component which couples the first coil and the second coil together forms a core of the coils or a coil core of the first coil and a coil of the second coil.
  • the coupling component can extend at least partially within the turns of the first coil and the turns of the second coil.
  • the coupling between the coils generated via the coupling component is a magnetic coupling, so that when the circuit arrangement is in operation, a magnetic flux generated by the second coil can counteract the magnetic flux generated by the first coil within the coupling element.
  • the power source can be a direct current source, which due to the function of the second coil as Compensation current source can be designated.
  • the compensation current source and the second coil it is also possible to use a permanent magnet.
  • the use of the second coil connected to the power source advantageously enables a direct current to be set to feed the second coil, so that different strengths of the magnetic flux generated by the second coil or different strengths of the compensation can be achieved.
  • the coupling component is an iron core designed in particular in the manner of a yoke.
  • the formation of the coupling component as an iron core enables magnetic coupling of the first coil and the second coil.
  • the coupling component designed as an iron core can be in one piece or in several pieces.
  • a yoke-like design of the iron core makes it possible that the first coil and the second coil are each arranged on one leg of the coupling component.
  • the coupling component comprises a U-shaped or essentially U-shaped element and an I-shaped or essentially I-shaped element.
  • the elements can be assembled into a yoke shape by arranging the I-shaped element on the opening of the U-shaped element in such a way that a closed yoke of the coupling component results in part.
  • the provision of the compensation according to the invention makes it possible to significantly reduce the amount of iron, in particular to use less iron than would be necessary to avoid saturation without taking the compensation flow into account. It can therefore be provided that the amount of iron of the yoke-like iron core is less, in particular less than half, than that for the complete saturation of the coil core of the first coil by the maximum generated by the rectifier and flowing through the first coil
  • Direct current generated magnetic flux without consideration generation of a magnetic flux generated by the second coil is selected.
  • the second coil of the coil arrangement has a higher number of turns than the first coil of the coil arrangement. This has the advantage that the current through the second coil to compensate for the magnetic flux generated by the current flowing through the first coil can be smaller than the current through the first coil. Since in particular with scarf processing arrangements which are used to operate electrolysers used on an industrial scale, very high
  • Direct currents can flow through the first coil, a direct current with a lower current strength can be fed into the second coil by increasing the number of turns or the number of turns of the second coil.
  • the first coils can each be designed for direct currents with a current strength between 100 A and 1 kA.
  • the circuit arrangement comprises a plurality of rectifiers and a plurality of coil arrangements, the first coils of the coil arrangements each being connected to a different one of the rectifiers.
  • each of the rectifiers of the circuit arrangement can each be connected to a first coil of one of the coil dimensions, which is advantageous for each
  • Rectifier a coil arrangement available.
  • the first coils of the coil arrangements can smooth the generated direct currents, for example when the rectifiers are operated in parallel.
  • the second coils of the coil arrangement are connected together, in particular in a series circuit, to the power source.
  • the compensation current generated by the power source flows through all of the second coils, where it is used to generate the magnetic flux used for compensation.
  • the ratio between the number of turns of the first coil and the number of turns of the second coil can be the same or different for the coil arrangements. In the case of operated with the same output current
  • the number of turns and / or the ratios of the number of turns for the coil assemblies can each be the same. If the rectifiers are operated with different output currents, the winding ratios of the coil arrangements can be different, so that the compensation current through the second coils can be used to compensate for the magnetic flux generated by the current in the first coil.
  • the current source is controllable and in particular configured as a rectifier and / or that the rectifier (s) is or are controllable and / or configured as a three-phase rectifier, in particular as a B6 bridge rectifier. Due to the controllability of the power source, the magnetic flux generated by the second coil or the second coils can also be regulated, so that the compensation function of the second coil can be adapted to a current operation of the rectifier or rectifiers.
  • a power source designed as a rectifier can be fed via the same power network as the rectifier or rectifiers
  • a controllability of the rectifier (s), which are advantageously designed as three-phase rectifiers or as a B6 bridge rectifier, makes it possible to adjust the total current generated by the rectifier or rectifiers and thus, for example, to control the operation of an electrolysis device connected to the circuit arrangement.
  • the rectifier or rectifiers is or are connected on the AC voltage side to a secondary winding of at least one transformer of the circuit arrangement.
  • the number of secondary windings operated out of phase relative to a period of the alternating voltage side fed in determines the pulsation of the circuit arrangement.
  • the transformers can, for example, transform a three-phase voltage fed in on the primary or alternating voltage side, in particular a medium voltage or high voltage of a power grid, into a three-phase alternating voltage with a lower voltage applied to the secondary windings.
  • This three-phase alternating voltage applied to the secondary windings can then be converted into a direct voltage via the rectifier connected to the respective secondary winding, or a corresponding three-phase alternating current output via the secondary windings can be converted into a direct current via the rectifier.
  • an electrolysis device it is provided that it comprises a circuit arrangement according to the invention, the first coil or coils of the
  • Circuit arrangement are connected to at least one electrolyser of the electrolysis device.
  • the first coils of several coil arrangements of the circuit arrangement can be connected in paral lel to achieve a high total current for operating the at least one electrolyzer.
  • the first coils can each be designed for direct currents with a current strength between 100 A and 1 kA, the total current thus resulting from the sum of the currents flowing through the first coils. All of the advantages and configurations described above for the circuit arrangement according to the invention apply accordingly to the electrolysis device according to the invention.
  • the first coil and the second coil of the at least one coil arrangement are energized in such a way that the magnetic flux generated by the second coil corresponds to the magnetic flux generated by the first coil Counteracts flow at least within the common Kop pelelements.
  • a complete or at least partial compensation of the magnetic flux generated by the first coil can be achieved in the section of the coupling element that acts as the coil core of the first coil.
  • a current strength I2 Ii ⁇ (n / m) can be set for the current flowing through the second coil , wherein the current directions of Ii and I2 are chosen such that the magnetic flux generated by the second coil counteracts the magnetic flux generated by the first coil at least within the common coupling element.
  • a useful direct current generated by the rectifier or rectifiers and a compensation direct current generated by the power source are regulated on the basis of a common relative target current specification.
  • the target current specification can, for. B. a value between 0%, which corresponds to a switched-off state of the circuit arrangement, and 100%, which corresponds to a maximum direct current output by the circuit arrangement.
  • Fig. 1 shows a coil arrangement of a scarf processing arrangement according to the invention
  • Fig. 2 is a circuit diagram of an electrolytic device according to the invention.
  • the coil arrangement 1 shows a coil arrangement 1 of a circuit arrangement according to the invention.
  • the coil arrangement 1 comprises a first coil 2 and a second coil 3.
  • the coil arrangement 1 comprises a coupling component 4.
  • the coupling component 4 comprises a U-shaped element 5 and an essentially I-shaped element 6, which is mounted on the U in this way - Shaped element 5 is arranged that a yoke-like overall shape of the coupling component 4 results.
  • the first coil 2 with the second coil 3 is gekop pelt.
  • the coupling component 4 each forms a core of the first coil 2 and of the second coil 3.
  • the first coil 2 has n turns and the second coil 3 has m turns.
  • the illustrated number of turns of the first coil 2 and the second coil 3 are to be understood as an example and purely schematic.
  • the first coil 2 can, for example, for direct currents with a current strength between 100 A and 1 kA, the second coil 3 can be designed according to the winding ratio n / m for ge lower currents.
  • a magnetic flux ® DC generated by the current Ii flowing through the first coil 2 in the coupling component 4 can be wholly or partially due to the magnetic flux F KOMR ⁇ which through the the current I2 flowing through the second coil 3 is generated, can be compensated.
  • This compensation makes it possible to advantageously reduce the amount of iron in the interior of the first coil 2 without significantly influencing its properties with regard to smoothing the current Ii.
  • the circuit arrangement 7 comprises four Spulenan arrangements 1 and four rectifiers 8.
  • the first coils of the coil arrangements 1 are each connected to the DC voltage side of one of the rectifiers 8.
  • the circuit arrangement 7 also includes two transformers 9, each of which has a primary winding 10 and two secondary windings 11.
  • the primary windings 10 of the transformers 9 are for example connected to a power network, for. B. a medium voltage network or a high voltage network connected.
  • the secondary windings 11 of each transformer 9 can each have a phase offset from one another, for example of 30 °.
  • the transformers 9 can be operated in such a way that the primary windings 10 have a phase offset of 15 ° with respect to one another, so that a total of 24 of the circuit arrangement 7 shown results.
  • the three-phase alternating current output by the secondary windings 11 is converted by the rectifiers 8 into a direct current, which in each case flows as a current Ii through a first coil 2 of the coil arrangements 1.
  • the first coils 2 of the coil nanometer In each case a smoothing of the currents Ii or the total direct current I G E S resulting from the sum of the currents Ii takes place current I2 flowing through the second coils 3 of the coil arrangements 1 are compensated for.
  • the second coils 3 of the coil arrangements 1 are connected in series and connected to a current source 12 that generates the current I2.
  • the circuit arrangement 7 can be part of an electrolysis device comprising at least one electrolyser 13, the at least one electrolyser 13 being fed by the total direct current I G E S resulting as the sum of the currents Ii.
  • the same turns ratio n to m of the turns of the first coil n and of the second coil m can be used in the coil arrangements 4. In this way, the same compensation of the magnetic flux ® DC generated by the respective first coils 2 is achieved by the current I2 flowing through all the second coils 3 through the coil arrangements 1.
  • the total or partial compensation of the magnetic flux ® DC by the magnetic flux F KOMR ⁇ which is generated by the current I2 flowing through the series-connected second coils 3 enables a reduction of the iron content in the respective first coils 2 while maintaining their inductance activity, so that when smoothing the direct current Ii generated by the rectifier 8 or the entire current I G E S, despite the reduced iron content in the first coils 2, no negative effects occur.
  • the signs of the currents Ii and I2 are selected such that the first coils 2 and the second coils 3 of the coil arrangements 1 are energized in this way be that the magnetic flux generated by the second coils 3 in each case counteracts the magnetic flux generated by the first coils 2 at least within the respective common coupling element 4.
  • the useful direct current I G E S generated by the rectifiers 8 and the compensation current I2 generated by the current source 12 are proportional to each other with the same winding ratios n to m, so that both the compensation by the current I2 and the current strength of the useful direct current or of the total direct current I G E S can be regulated jointly using a relative target current specification.
  • the Sollstromvorga be can, for. B. a value between 0%, which corresponds to a switched off state of the circuit arrangement, and 100%, which corresponds to a maximum direct current output by the circuit arrangement, lie.
  • the rectifier 8 are formed out as a three-phase rectifier.
  • the rectifiers 8 can be designed as B6 bridge rectifiers.
  • the current source 12 can also be designed as a rectifier.
  • the power source 12 can also be fed via the power grid which is connected to the primary windings 10 of the transformers 9. Both the rectifier 8 and the current source 12 can be designed to be controllable.
  • circuit arrangement 7 with four rectifiers 8 is purely exemplary. There can also be a different number of rectifiers 8 and / or a different number of

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Abstract

The invention relates to a circuit assembly comprising at least one coil assembly (1) with a first coil (2) and a second coil (3), the first coil (2) being connected to a DC voltage side of a rectifier (8) of the circuit assembly (7), and the second coil (3) being connected to a power source (12) of the circuit assembly (7), the first coil (2) and the second coil (3) being coupled to each other via a coupling component (4) of the coil assembly (1), said coupling component forming a core of each of the coils (2, 3).

Description

Beschreibung description
Schaltungsanordnung, Elektrolyseeinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung oder einer Elektrolyseein richtung Circuit arrangement, electrolysis device and method for operating a circuit arrangement or an Elektrolyseein direction
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, umfassend wenigstens eine Spulenanordnung mit einer ersten Spule und einer zweiten Spule, wobei die erste Spule mit einer Gleich spannungsseite eines Gleichrichters der Schaltungsanordnung verbunden ist und die zweite Spule mit einer Stromquelle der Schaltungsanordnung verbunden ist. Weiterhin betrifft die Er findung eine Elektrolyseeinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung oder einer Elektrolyseein richtung . The invention relates to a circuit arrangement comprising at least one coil arrangement with a first coil and a second coil, the first coil being connected to a DC voltage side of a rectifier of the circuit arrangement and the second coil being connected to a current source of the circuit arrangement. Furthermore, the invention relates to an electrolysis device and a method for operating a circuit arrangement or an electrolysis device.
Chemische Elektrolysen wie Wasserstoffelektrolysen werden über mit Gleichstrom betriebene Elektrolyseure umgesetzt. Bei im industriellen Maßstab ausgeführten Elektrolysen wird der Gleichstrom beispielsweise über netzgeführte Gleichrichter bereitgestellt. Bei dieser Gleichrichtung einer netzseitigen Wechselspannung können aufgrund der Funktionsweise der Chemical electrolyses such as hydrogen electrolyses are carried out using electrolysers operated with direct current. In the case of electrolysis carried out on an industrial scale, the direct current is provided, for example, via line-commutated rectifiers. With this rectification of a mains-side alternating voltage, due to the way in which the
Gleichrichter Oberschwingungen entstehen, welche das Wechsel stromnetz und/oder das Gleichstromnetz belasten können. Eine Möglichkeit zur Reduzierung dieser Belastung kann beispiels weise durch eine höherpulsige Anlage erreicht werden, bei welcher zur Erzeugung des Gleichstroms mehrere Gleichrichter bezogen auf die Netzspannung jeweils mit einem Phasenversatz betrieben werden. Dies kann jedoch zu Problemen auf der Rectifier harmonics arise, which can load the alternating current network and / or the direct current network. One way of reducing this load can be achieved, for example, by a higher-pulse system in which several rectifiers are operated with a phase offset in relation to the mains voltage to generate the direct current. However, this can cause problems on the
Gleichstromseite führen, da die Momentanwerte der erzeugten Gleichspannungen der einzelnen Gleichrichter unterschiedlich sein und somit zwischen den Gleichrichtern Kreisströme flie ßen können. Um dieses Problem zu beheben, kann einerseits zwischen beiden Gleichrichtern eine Gleichstromsaugdrossel verwendet werden, oder mehrere Gleichstromdrosseln. Lead direct current side, since the instantaneous values of the generated direct voltages of the individual rectifiers are different and thus circulating currents can flow between the rectifiers. In order to remedy this problem, a direct current suction choke or several direct current chokes can be used between the two rectifiers.
Zur Vermeidung von Oberschwingungen auf der Gleichstromseite ist weiterhin der Einsatz einer oder mehrerer Gleichstrom- drosseln bekannt. Eine derartige Gleichstromdrossel kann bei spielsweise in jedem jeweils einen Gleichrichter umfassenden Gleichstromsystem eingesetzt werden. Der Einsatz einer To avoid harmonics on the direct current side, the use of one or more direct current known to throttle. Such a direct current choke can be used, for example, in each direct current system comprising a rectifier. The use of a
Gleichstromdrossel pro Gleichstromsystem hat den Nachteil, dass die Spulen jeweils einen großen Eisenanteil benötigen, da der Eisenkreis der Gleichstromdrosseln komplett von dem zum Betrieb der Elektrolyseure erzeugten Gleichstrom vorge sättigt wird. Weiterhin fällt die benötigte Eisenmenge für jede Gleichstromdrossel bzw. für jeden eingesetzten Gleich richter an. Direct current choke per direct current system has the disadvantage that the coils each require a large proportion of iron, since the iron circuit of the direct current chokes is completely pre-saturated by the direct current generated to operate the electrolysers. Furthermore, the required amount of iron is required for each DC choke or for each rectifier used.
Eine zwischen zwei Gleichstromsysteme geschaltete Saugdrossel kann ebenfalls sehr groß werden, da aufgrund des Phasenver satzes zwischen den beiden Gleichrichtern die Gleichstromsau gdrossel die Differenzspannung zwischen den beiden Gleich stromsystemen aufnehmen muss. Weiterhin können in Abhängig keit der Pulsigkeit der Anlage mehrere Saugdrosseln für un terschiedliche Frequenzen notwendig sein, um auch eine hin reichende Filterung von Oberschwingungen zu erreichen. Auch in diesem Fall benötigen die eingesetzten Saugdrosseln je weils einen großen Eisenkern. Aufgrund der für einen indust riellen Elektrolyseeinsatz erforderlichen, hohen Stromstärken des Gleichstroms werden erhebliche Anforderungen an die ein gesetzten Saugdrosseln bzw. Gleichstromdrosseln gestellt, was insbesondere mit einer erheblichen Größe des Eisenkerns und somit auch mit einer erheblichen Baugröße, einem erheblichen Gewicht sowie hohen Kosten der Drosseln verbunden ist. A suction throttle connected between two direct current systems can also be very large, since the direct current suction choke has to absorb the differential voltage between the two direct current systems due to the phase offset between the two rectifiers. Furthermore, depending on the pulsation of the system, several suction throttles for un different frequencies may be necessary in order to achieve sufficient filtering of harmonics. In this case, too, the suction throttles used each require a large iron core. Due to the high current strengths of the direct current required for an industrial electrolysis use, considerable demands are made on the suction throttles or direct current throttles used, which is particularly due to the considerable size of the iron core and thus also the considerable size, weight and high cost of the throttles connected is.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung anzugeben, durch welche ein Bedarf an Eisen für eine Gelichstromdrossel reduziert werden kann. The invention is therefore based on the object of specifying a circuit arrangement by means of which the need for iron for a DC choke can be reduced.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Spule und die zweite Spule über ein jeweils einen Kern der Spulen bildendes Koppelbauteil der Spulenanordnung miteinander gekoppelt sind. Die mit der Gleichspannungsseite des Gleichspannungsrichters der Schaltungsanordnung verbundene erste Spule wird dabei als eine Gleichstromdrossel zur Glättung des Gleichstroms bezie hungsweise als eine Glättungseinrichtung zur Glättung des Gleichstroms bzw. Dämpfung von den Gleichstrom überlagernden Oberschwingungen eingesetzt. Die über das Koppelbauteil als gemeinsamen Kern mit der ersten Spule gekoppelte zweite Spule kann bei entsprechender Bestromung als eine Kompensationsspu le wirken, so dass ein von der zweiten Spule erzeugter magne tischer Fluss dem von der ersten Spule, welche den durch den Gleichrichter erzeugten Gleichstrom führt, erzeugten magneti schen Fluss innerhalb des gemeinsamen Koppelelements entge genwirkt. Dies bewirkt eine vollständige oder zumindest teil weise Kompensation des von der ersten Spule erzeugten magne tischen Flusses. Die Menge an Eisen innerhalb der ersten Spu le kann aufgrund dieser Kompensation reduziert werden, ohne dass die zur Glättung des Gleichstroms erforderliche Indukti vität der Spule reduziert wird. Auf diese Weise kann trotz des reduzierten Eisenanteils innerhalb der ersten Spule die Glättung des Gleichstroms (beziehungsweise die Dämpfung der Oberschwingungen) erfolgen. To achieve this object, it is provided according to the invention in a circuit arrangement of the type mentioned that the first coil and the second coil are coupled to one another via a coupling component of the coil arrangement which forms a core of the coils. The first coil connected to the DC voltage side of the DC voltage converter of the circuit arrangement is used as a DC choke for smoothing the direct current or as a smoothing device for smoothing the direct current or attenuating the direct current superimposed harmonics. The second coil, which is coupled to the first coil via the coupling component as a common core, can act as a compensation coil when the current is supplied accordingly, so that a magnetic flux generated by the second coil corresponds to that of the first coil, which carries the direct current generated by the rectifier, generated magnetic flux within the common coupling element counteracts counteracted. This brings about a complete or at least partial compensation of the magnetic flux generated by the first coil. The amount of iron within the first coil can be reduced due to this compensation without reducing the inductance of the coil required to smooth the direct current. In this way, the direct current (or the damping of the harmonics) can be smoothed despite the reduced iron content within the first coil.
Das die erste Spule und die zweite Spule miteinander koppeln de Koppelbauteil bildet jeweils einen Kern der Spulen bezie hungsweise einen Spulenkern der ersten Spule und einen Spu lenkern der zweiten Spule. Dazu kann sich das Koppelbauteil zumindest teilweise innerhalb der Windungen der ersten Spule und der Windungen der zweiten Spule erstrecken. Die über das Koppelbauteil erzeugte Koppelung zwischen den Spulen ist da bei eine magnetische Kopplung, so dass bei einem Betrieb der Schaltungsanordnung ein von der zweiten Spule erzeugter mag netischer Fluss dem von der ersten Spule erzeugten magneti schen Fluss innerhalb des Koppelelements entgegenwirken kann. The coupling component which couples the first coil and the second coil together forms a core of the coils or a coil core of the first coil and a coil of the second coil. For this purpose, the coupling component can extend at least partially within the turns of the first coil and the turns of the second coil. The coupling between the coils generated via the coupling component is a magnetic coupling, so that when the circuit arrangement is in operation, a magnetic flux generated by the second coil can counteract the magnetic flux generated by the first coil within the coupling element.
Zur Erzeugung des magnetischen Flusses innerhalb der zweiten Spule ist diese mit einer Stromquelle der Schaltungsanordnung verbunden. Die Stromquelle kann dabei eine Gleichstromquelle sein, welche aufgrund der Funktion der zweiten Spule auch als Kompensationsstromquelle bezeichnet werden kann. Statt der Kompensationsstromquelle und der zweiten Spule ist grundsätz lich auch der Einsatz eines Permanentmagneten möglich. Der Einsatz der mit der Stromquelle verbundenen zweiten Spule er möglicht jedoch vorteilhaft ein Einstellen eines die zweite Spule speisenden Gleichstroms, so dass verschiedene Stärken des von der zweiten Spule erzeugten magnetischen Flusses bzw. verschiedene Stärken der Kompensation erreicht werden können. To generate the magnetic flux within the second coil, the latter is connected to a current source of the circuit arrangement. The power source can be a direct current source, which due to the function of the second coil as Compensation current source can be designated. Instead of the compensation current source and the second coil, it is also possible to use a permanent magnet. The use of the second coil connected to the power source, however, advantageously enables a direct current to be set to feed the second coil, so that different strengths of the magnetic flux generated by the second coil or different strengths of the compensation can be achieved.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Koppelbauteil ein insbesondere jochartig ausgebildeter Eisenkern ist. Durch die Ausbildung des Koppelbauteils als Eisenkern wird eine magnetische Kopplung der ersten Spule und der zweiten Spule ermöglicht. Das als Eisenkern ausgebildete Koppelbauteil kann einteilig oder mehrteilig sein. Eine jochartige Ausbildung des Eisenkerns ermöglicht dabei, dass die erste Spule und die zweite Spule jeweils auf einem Schenkel des Koppelbauteils angeordnet sind. Um den Zusammenbau der Spulenanordnung der Schaltungsanordnung zu erleichtern, kann insbesondere vorge sehen sein, dass das Koppelbauteil ein U-förmiges oder im We sentlichen U-förmiges Element und ein I-förmiges oder im We sentlichen I-förmiges Element umfasst. Die Elemente können zu einer Jochform zusammengesetzt werden, indem das I-förmige Element auf der Öffnung des U-förmigen Elements derart ange ordnet wird, dass sich ein geschlossenes Joch des Koppelbau teils ergibt. According to the invention it can be provided that the coupling component is an iron core designed in particular in the manner of a yoke. The formation of the coupling component as an iron core enables magnetic coupling of the first coil and the second coil. The coupling component designed as an iron core can be in one piece or in several pieces. A yoke-like design of the iron core makes it possible that the first coil and the second coil are each arranged on one leg of the coupling component. In order to facilitate the assembly of the coil arrangement of the circuit arrangement, it can in particular be provided that the coupling component comprises a U-shaped or essentially U-shaped element and an I-shaped or essentially I-shaped element. The elements can be assembled into a yoke shape by arranging the I-shaped element on the opening of the U-shaped element in such a way that a closed yoke of the coupling component results in part.
Das erfindungsgemäße Vorsehen der Kompensation ermöglicht es, die Menge an Eisen deutlich zu reduzieren, insbesondere weni ger Eisen zu verwenden, als zur Vermeidung einer Sättigung ohne Berücksichtigung des Kompensationsflusses nötig wäre. So kann mithin vorgesehen sein, dass die Menge an Eisen des jochartig ausgebildeten Eisenkerns geringer, insbesondere als weniger als die Hälfte, als die zur kompletten Sättigung des Spulenkerns der ersten Spule durch den durch den Gleichrich ter maximal erzeugten, durch die erste Spule fließenden The provision of the compensation according to the invention makes it possible to significantly reduce the amount of iron, in particular to use less iron than would be necessary to avoid saturation without taking the compensation flow into account. It can therefore be provided that the amount of iron of the yoke-like iron core is less, in particular less than half, than that for the complete saturation of the coil core of the first coil by the maximum generated by the rectifier and flowing through the first coil
Gleichstrom erzeugten magnetischen Flusses ohne Berücksichti- gung eines durch die zweite Spule erzeugten magnetischen Flusses gewählt ist. Direct current generated magnetic flux without consideration generation of a magnetic flux generated by the second coil is selected.
Für die Spulenanordnung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die zweite Spule der Spulenanordnung eine höhere Win dungszahl als die erste Spule der Spulenanordnung aufweist. Dies hat den Vorteil, dass der Strom durch die zweite Spule zur Kompensation des von dem durch die erste Spule fließenden Strom erzeugten magnetischen Flusses kleiner als der Strom durch die erste Spule sein kann. Da insbesondere bei Schal tungsanordnungen, welche zum Betrieb von im industriellen Maßstab eingesetzten Elektrolyseuren dienen, sehr hohe For the coil arrangement, it can be provided according to the invention that the second coil of the coil arrangement has a higher number of turns than the first coil of the coil arrangement. This has the advantage that the current through the second coil to compensate for the magnetic flux generated by the current flowing through the first coil can be smaller than the current through the first coil. Since in particular with scarf processing arrangements which are used to operate electrolysers used on an industrial scale, very high
Gleichströme durch die erste Spule fließen können, kann durch die Erhöhung der Windungszahl bzw. der Anzahl der Windungen der zweiten Spule in die zweite Spule ein Gleichstrom mit ge ringerer Stromstärke eingespeist werden. Beispielsweise kön nen die ersten Spulen jeweils für Gleichströme mit einer Stromstärke zwischen 100 A und 1 kA ausgebildet sein. Direct currents can flow through the first coil, a direct current with a lower current strength can be fed into the second coil by increasing the number of turns or the number of turns of the second coil. For example, the first coils can each be designed for direct currents with a current strength between 100 A and 1 kA.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsan ordnung mehrere Gleichrichter und mehrere Spulenanordnungen umfasst, wobei die ersten Spulen der Spulenanordnungen je weils mit einem anderen der Gleichrichter verbunden sind. Da bei kann insbesondere jeder der Gleichrichter der Schaltungs anordnung jeweils mit einer ersten Spule einer der Spulenano rdnungen verbunden sein, vorteilhaft ist also für jeden According to the invention it can be provided that the circuit arrangement comprises a plurality of rectifiers and a plurality of coil arrangements, the first coils of the coil arrangements each being connected to a different one of the rectifiers. In particular, each of the rectifiers of the circuit arrangement can each be connected to a first coil of one of the coil dimensions, which is advantageous for each
Gleichrichter eine Spulenanordnung vorhanden. Durch die ers ten Spulen der Spulenanordnungen kann somit beispielsweise bei einem parallelen Betrieb der Gleichrichter eine Glättung der erzeugten Gleichströme vorgenommen werden. Rectifier a coil arrangement available. The first coils of the coil arrangements can smooth the generated direct currents, for example when the rectifiers are operated in parallel.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die zweiten Spulen der Spulenanordnung gemeinsam, insbesondere in einer Reihenschaltung, mit der Stromquelle verbunden sind. Dies ermöglicht es, dass bei mehreren, parallel betriebenen und jeweils mit einer ersten Spule verbundenen Gleichrichtern die zweiten Spulen aller Spulenanordnungen gemeinsam über die Stromquelle gespeist werden können. Bei einer Reihenschaltung der zweiten Spulen fließt dabei der von der Stromquelle er zeugte Kompensationsstrom durch alle zweiten Spulen und dient dort zur Erzeugung des zur Kompensation eingesetzten magneti schen Flusses. Auf diese Weise kann der Strombedarf der er findungsgemäßen Schaltungsanordnung vorteilhaft reduziert werden. Die Verhältnis zwischen der Windungszahl der ersten Spule und der Windungszahl der zweiten Spule kann dabei für die Spulenanordnungen gleich oder unterschiedlich sein. Im Falle von mit gleicher Ausgangsstromstärke betriebenen Furthermore, it can be provided according to the invention that the second coils of the coil arrangement are connected together, in particular in a series circuit, to the power source. This makes it possible for several rectifiers operated in parallel and each connected to a first coil to be able to feed the second coils of all coil arrangements together via the current source. With a series connection of the second coil, the compensation current generated by the power source flows through all of the second coils, where it is used to generate the magnetic flux used for compensation. In this way, the power consumption of the circuit arrangement according to the invention can be advantageously reduced. The ratio between the number of turns of the first coil and the number of turns of the second coil can be the same or different for the coil arrangements. In the case of operated with the same output current
Gleichrichtern können die Windungszahlen und/oder die Ver hältnisse der Windungszahlen für die Spulenanordnungen je weils gleich sein. Werden die Gleichrichter mit unterschied lichen Ausgangstromstärken betrieben, so können die Windungs verhältnisse der Spulenanordnungen unterschiedlich sein, so dass mit dem Kompensationsstrom durch die zweiten Spulen je weils eine Kompensation des durch den Strom in der ersten Spule erzeugten magnetischen Flusses erzeugt werden kann. Rectifiers, the number of turns and / or the ratios of the number of turns for the coil assemblies can each be the same. If the rectifiers are operated with different output currents, the winding ratios of the coil arrangements can be different, so that the compensation current through the second coils can be used to compensate for the magnetic flux generated by the current in the first coil.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Stromquelle regelbar und insbesondere als Gleichrichter ausgebildet ist und/oder dass der oder die Gleichrichter regelbar und/oder als Dreiphasengleichrichter, insbesondere als B6-Brücken- gleichrichter, ausgebildet ist oder sind. Durch die Regelbar keit der Stromquelle kann auch der von der zweiten Spule be ziehungsweise den zweiten Spulen jeweils erzeugte magnetische Fluss geregelt werden, so dass die Kompensationsfunktion der zweiten Spule an einen aktuellen Betrieb des oder der Gleich richter angepasst werden kann. Eine als Gleichrichter ausge bildete Stromquelle kann beispielsweise über dasselbe Strom netz gespeist werden wie der oder die Gleichrichter der According to the invention it can be provided that the current source is controllable and in particular configured as a rectifier and / or that the rectifier (s) is or are controllable and / or configured as a three-phase rectifier, in particular as a B6 bridge rectifier. Due to the controllability of the power source, the magnetic flux generated by the second coil or the second coils can also be regulated, so that the compensation function of the second coil can be adapted to a current operation of the rectifier or rectifiers. A power source designed as a rectifier can be fed via the same power network as the rectifier or rectifiers
Schaltungsanordnung. Eine Regelbarkeit des oder der Gleich richter, welche vorteilhaft als Dreiphasengleichrichter be ziehungsweise als B6-Brückengleichrichter ausgebildet sind, ermöglicht es, den über den oder die Gleichrichter erzeugten Gesamtstrom einzustellen und somit beispielsweise den Betrieb einer mit der Schaltungsanordnung verbundenen Elektrolyseein richtung zu steuern. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorge sehen sein, dass der oder die Gleichrichter wechselspannungs seitig jeweils mit einer Sekundärwicklung wenigstens eines Transformators der Schaltungsanordnung verbunden ist oder sind. Bei einer Schaltungsanordnung, welche mehrere Gleich richter umfasst, kann insbesondere ein Phasenversatz bezogen auf die wechselspannungsseitig eingespeiste Wechselspannung zwischen den Sekundärwicklungen bestehen. Die Anzahl der be zogen auf eine Periode der wechselspannungsseitig eingespeis ten Wechselspannung phasenversetzt betriebenen Sekundärwick lungen bestimmt dabei die Pulsigkeit der Schaltungsanordnung. Die Transformatoren können beispielsweise eine primärseitig beziehungsweise wechselspannungsseitig eingespeiste dreipha sige Spannung, insbesondere eine Mittelspannung oder Hoch spannung eines Stromnetzes, in eine an den Sekundärwicklungen anliegende dreiphasige Wechselspannung mit niedrigerer Span nung transformieren. Diese an den Sekundärwicklungen anlie gende dreiphasige Wechselspannung kann anschließend über den mit der jeweiligen Sekundärwicklung verbundenen Gleichrichter in eine Gleichspannung gewandelt werden beziehungsweise kann ein entsprechender über die Sekundärwicklungen abgegebener dreiphasiger Wechselstrom über die Gleichrichter in einen Gleichstrom gewandelt werden. Circuit arrangement. A controllability of the rectifier (s), which are advantageously designed as three-phase rectifiers or as a B6 bridge rectifier, makes it possible to adjust the total current generated by the rectifier or rectifiers and thus, for example, to control the operation of an electrolysis device connected to the circuit arrangement. In a preferred embodiment of the invention it can be provided that the rectifier or rectifiers is or are connected on the AC voltage side to a secondary winding of at least one transformer of the circuit arrangement. In the case of a circuit arrangement which comprises a plurality of rectifiers, there may in particular be a phase offset with respect to the alternating voltage fed in on the alternating voltage side between the secondary windings. The number of secondary windings operated out of phase relative to a period of the alternating voltage side fed in determines the pulsation of the circuit arrangement. The transformers can, for example, transform a three-phase voltage fed in on the primary or alternating voltage side, in particular a medium voltage or high voltage of a power grid, into a three-phase alternating voltage with a lower voltage applied to the secondary windings. This three-phase alternating voltage applied to the secondary windings can then be converted into a direct voltage via the rectifier connected to the respective secondary winding, or a corresponding three-phase alternating current output via the secondary windings can be converted into a direct current via the rectifier.
Für eine erfindungsgemäße Elektrolyseeinrichtung ist vorgese hen, dass sie eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung um fasst, wobei die erste Spule oder die ersten Spulen der For an electrolysis device according to the invention it is provided that it comprises a circuit arrangement according to the invention, the first coil or coils of the
Schaltungsanordnung mit wenigstens einem Elektrolyseur der Elektrolyseeinrichtung verbunden sind. Dabei können bei spielsweise die ersten Spulen mehrerer Spulenanordnungen der Schaltungsanordnung zum Erreichen einer hohen Gesamtstrom stärke zum Betrieb des wenigstens einen Elektrolyseurs paral lel geschaltet werden. Beispielsweise können die ersten Spu len jeweils für Gleichströme mit einer Stromstärke zwischen 100 A und 1 kA ausgebildet sein, wobei sich der Gesamtstrom somit aus der Summe der jeweils durch die ersten Spulen flie ßenden Ströme ergibt. Sämtliche vorangehend für die erfindungsgemäße Schaltungsan ordnung beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen treffen entsprechend auf die erfindungsgemäße Elektrolyseeinrichtung zu . Circuit arrangement are connected to at least one electrolyser of the electrolysis device. In this case, for example, the first coils of several coil arrangements of the circuit arrangement can be connected in paral lel to achieve a high total current for operating the at least one electrolyzer. For example, the first coils can each be designed for direct currents with a current strength between 100 A and 1 kA, the total current thus resulting from the sum of the currents flowing through the first coils. All of the advantages and configurations described above for the circuit arrangement according to the invention apply accordingly to the electrolysis device according to the invention.
Für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung oder einer erfindungsgemäßen Elektrolyseeinrichtung ist vorgesehen, dass die erste Spule und die zweite Spule der wenigstens einen Spulenanordnung derart bestromt werden, dass der von der zweiten Spule er zeugte magnetische Fluss dem von der ersten Spule erzeugten magnetischen Fluss zumindest innerhalb des gemeinsamen Kop pelelements entgegenwirkt. Dadurch kann eine vollständige o- der zumindest teilweise Kompensation des von der ersten Spule erzeugten magnetischen Flusses in dem als Spulenkern der ers ten Spule wirkenden Abschnitts des Koppelelements erreicht werden. Wenn durch die erste Spule ein Strom mit der Strom stärke Ii fließt und die erste Spule n Windungen und die zweite Spule m Windungen umfasst, so kann für den durch die zweite Spule fließenden Strom eine Stromstärke I2 = Ii · (n / m) eingestellt werden, wobei die Stromrichtungen von Ii und I2 derart gewählt werden, dass der von der zweiten Spule er zeugte magnetische Fluss dem von der ersten Spule erzeugten magnetischen Fluss zumindest innerhalb des gemeinsamen Kop pelelements entgegenwirkt. For a method according to the invention for operating a circuit arrangement according to the invention or an electrolysis device according to the invention, it is provided that the first coil and the second coil of the at least one coil arrangement are energized in such a way that the magnetic flux generated by the second coil corresponds to the magnetic flux generated by the first coil Counteracts flow at least within the common Kop pelelements. As a result, a complete or at least partial compensation of the magnetic flux generated by the first coil can be achieved in the section of the coupling element that acts as the coil core of the first coil. If a current with the current strength Ii flows through the first coil and the first coil has n turns and the second coil has m turns, a current strength I2 = Ii · (n / m) can be set for the current flowing through the second coil , wherein the current directions of Ii and I2 are chosen such that the magnetic flux generated by the second coil counteracts the magnetic flux generated by the first coil at least within the common coupling element.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein von dem oder den Gleichrichtern erzeugter Nutzgleichstrom sowie ein von der Stromquelle erzeugter Kompensationsgleichstrom anhand ei ner gemeinsamen relativen Sollstromvorgabe geregelt werden. According to the invention, it can be provided that a useful direct current generated by the rectifier or rectifiers and a compensation direct current generated by the power source are regulated on the basis of a common relative target current specification.
Die Sollstromvorgabe kann dabei z. B. ein Wert zwischen 0 %, welcher einem ausgeschalteten Zustand der Schaltungsanordnung entspricht, und 100 %, was einer maximalen Gleichstromabgabe durch die Schaltungsanordnung entspricht, liegen. Bei einem konstanten Windungsverhältnis zwischen den Windungen n der ersten Spule und den Windungen m der zweiten Spulen der we nigsten einen Spulenanordnung ist der jeweils erzeugte magne- tische Fluss direkt proportional zu den entsprechenden Strom stärken des Nutzstroms bzw. des Kompensationsstroms, so dass vorteilhaft eine einfache Regelbarkeit sowohl der Gleichrich ter als auch der Stromquelle der Schaltungsanordnung ermög licht wird. The target current specification can, for. B. a value between 0%, which corresponds to a switched-off state of the circuit arrangement, and 100%, which corresponds to a maximum direct current output by the circuit arrangement. With a constant turns ratio between the turns n of the first coil and the turns m of the second coils of the least one coil arrangement, the respectively generated magnetic table flow directly proportional to the corresponding current strengths of the useful current or the compensation current, so that advantageously a simple controllability of both the rectifier and the current source of the circuit arrangement is made possible light.
Sämtliche vorangehend in Bezug zur erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung und zur erfindungsgemäßen Elektrolyseeinrich tung beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten ent sprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren. All of the advantages and configurations described above in relation to the inventive circuit arrangement and the inventive Elektrolyseeinrich also apply accordingly to the inventive method.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen: Further advantages and details of the invention emerge from the drawings. These are schematic representations and show:
Fig. 1 eine Spulenanordnung einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung, und Fig. 1 shows a coil arrangement of a scarf processing arrangement according to the invention, and
Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Elektroly seeinrichtung . Fig. 2 is a circuit diagram of an electrolytic device according to the invention.
In Fig. 1 ist eine Spulenanordnung 1 einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Die Spulenanordnung 1 um fasst eine erste Spule 2 sowie eine zweite Spule 3. Weiterhin umfasst die Spulenanordnung 1 ein Koppelbauteil 4. Das Kop pelbauteil 4 umfasst ein U-förmiges Element 5 sowie ein im Wesentlichen I-förmiges Element 6, welches derart auf dem U- förmigen Element 5 angeordnet ist, dass sich eine jochartige Gesamtform des Koppelbauteils 4 ergibt. Über das Koppelbau teil 4 ist die erste Spule 2 mit der zweiten Spule 3 gekop pelt. Weiterhin bildet das Koppelbauteil 4 jeweils einen Kern der ersten Spule 2 sowie der zweiten Spule 3. 1 shows a coil arrangement 1 of a circuit arrangement according to the invention. The coil arrangement 1 comprises a first coil 2 and a second coil 3. Furthermore, the coil arrangement 1 comprises a coupling component 4. The coupling component 4 comprises a U-shaped element 5 and an essentially I-shaped element 6, which is mounted on the U in this way - Shaped element 5 is arranged that a yoke-like overall shape of the coupling component 4 results. About the Koppelbau part 4, the first coil 2 with the second coil 3 is gekop pelt. Furthermore, the coupling component 4 each forms a core of the first coil 2 and of the second coil 3.
Die erste Spule 2 weist n Windungen auf und die zweite Spule 3 umfasst m Windungen. Die dargestellte Anzahl der Windungen der ersten Spule 2 sowie der zweiten Spule 3 sind beispiel haft und rein schematisch zu verstehen. Die erste Spule 2 kann beispielsweise für Gleichströme mit einer Stromstärke zwischen 100 A und 1 kA ausgebildet sein, die zweite Spule 3 kann entsprechend des Windungsverhältnisses n/m auch für ge ringere Stromstärken ausgebildet sein. The first coil 2 has n turns and the second coil 3 has m turns. The illustrated number of turns of the first coil 2 and the second coil 3 are to be understood as an example and purely schematic. The first coil 2 can, for example, for direct currents with a current strength between 100 A and 1 kA, the second coil 3 can be designed according to the winding ratio n / m for ge lower currents.
Aufgrund der Kopplung der ersten Spule 2 mit der zweiten Spu le 3 über das Koppelbauteil 4 kann ein durch den durch die erste Spule 2 fließenden Strom Ii erzeugter magnetischer Fluss ®DC im Koppelbauteil 4 ganz oder teilweise durch den magnetischen Fluss FKOMR^ welcher durch den die zweite Spule 3 durchströmenden Strom I2 erzeugt wird, kompensiert werden. Diese Kompensation ermöglicht es, die Eisenmenge im Inneren der ersten Spule 2 vorteilhaft zu reduzieren, ohne ihre Ei genschaften bezüglich einer Glättung des Stromes Ii nennens wert zu beeinflussen. Due to the coupling of the first coil 2 with the second Spu le 3 via the coupling component 4, a magnetic flux ® DC generated by the current Ii flowing through the first coil 2 in the coupling component 4 can be wholly or partially due to the magnetic flux F KOMR ^ which through the the current I2 flowing through the second coil 3 is generated, can be compensated. This compensation makes it possible to advantageously reduce the amount of iron in the interior of the first coil 2 without significantly influencing its properties with regard to smoothing the current Ii.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 7 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 7 umfasst vier Spulenan ordnungen 1 und vier Gleichrichter 8. Die ersten Spulen der Spulenanordnungen 1 sind dabei jeweils mit der Gleichspan nungsseite eines der Gleichrichter 8 verbunden. Die Schal tungsanordnung 7 umfasst weiterhin zwei Transformatoren 9, welche jeweils eine Primärwicklung 10 sowie zwei Sekun därwicklungen 11 aufweisen. Die Primärwicklungen 10 der Transformatoren 9 sind dabei beispielsweise mit einem Strom netz, z. B. einem Mittelspannungsnetz oder einem Hochspan nungsnetz, verbunden. Die Sekundärwicklungen 11 jedes Trans formators 9 können jeweils zueinander einen Phasenversatz, beispielsweise von 30°, aufweisen. Weiterhin können die Transformatoren 9 derart betrieben werden, dass die Pri märwicklungen 10 zueinander einen Phasenversatz von 15° auf weisen, so dass sich insgesamt eine Pulsigkeit von 24 der dargestellten Schaltungsanordnung 7 ergibt. A circuit arrangement 7 according to the invention is shown in FIG. The circuit arrangement 7 comprises four Spulenan arrangements 1 and four rectifiers 8. The first coils of the coil arrangements 1 are each connected to the DC voltage side of one of the rectifiers 8. The circuit arrangement 7 also includes two transformers 9, each of which has a primary winding 10 and two secondary windings 11. The primary windings 10 of the transformers 9 are for example connected to a power network, for. B. a medium voltage network or a high voltage network connected. The secondary windings 11 of each transformer 9 can each have a phase offset from one another, for example of 30 °. Furthermore, the transformers 9 can be operated in such a way that the primary windings 10 have a phase offset of 15 ° with respect to one another, so that a total of 24 of the circuit arrangement 7 shown results.
Der von den Sekundärwicklungen 11 abgegebene dreiphasige Wechselstrom wird von den Gleichrichtern 8 in einen Gleich strom gewandelt, welcher jeweils als ein Strom Ii durch eine erste Spule 2 der Spulenanordnungen 1 fließt. Durch die als Gleichstromdrosseln wirkenden ersten Spulen 2 der Spulenano- rdnungen 1 erfolgt jeweils eine Glättung der Ströme Ii bezie hungsweise des sich aus der Summe der Ströme Ii ergebenden Gesamtgleichstroms IGES· Der durch die ersten Spulen 2 auf grund der Ströme Ii erzeugte magnetische Fluss im Koppelele ment 4 kann ganz oder teilweise durch den durch die zweiten Spulen 3 der Spulenanordnungen 1 fließenden Strom I2 kompen siert werden. Die zweiten Spulen 3 der Spulenanordnungen 1 sind in Reihe geschaltet und mit einer den Strom I2 erzeugen den Stromquelle 12 verbunden. The three-phase alternating current output by the secondary windings 11 is converted by the rectifiers 8 into a direct current, which in each case flows as a current Ii through a first coil 2 of the coil arrangements 1. By acting as direct current chokes, the first coils 2 of the coil nanometer In each case a smoothing of the currents Ii or the total direct current I G E S resulting from the sum of the currents Ii takes place current I2 flowing through the second coils 3 of the coil arrangements 1 are compensated for. The second coils 3 of the coil arrangements 1 are connected in series and connected to a current source 12 that generates the current I2.
Die Schaltungsanordnung 7 kann Bestandteil einer wenigstens einen Elektrolyseur 13 umfassenden Elektrolyseeinrichtung sein, wobei der wenigstens eine Elektrolyseur 13 durch den sich als Summe der Ströme Ii ergebenden Gesamtgleichstrom IGES gespeist wird. The circuit arrangement 7 can be part of an electrolysis device comprising at least one electrolyser 13, the at least one electrolyser 13 being fed by the total direct current I G E S resulting as the sum of the currents Ii.
Im Falle gleichgroßer Ströme Ii kann in den Spulenanordnungen 4 jeweils das gleiche Windungsverhältnis n zu m der Windungen der ersten Spule n und der zweiten Spule m verwendet werden. Auf diese Weise wird durch den durch alle zweiten Spulen 3 fließenden Strom I2 durch die Spulenanordnungen 1 jeweils die gleiche Kompensation des durch die jeweiligen ersten Spulen 2 erzeugten magnetischen Flusses ®DC erreicht. Die ganze oder teilweise Kompensation des magnetischen Flusses ®DC durch den magnetischen Fluss FKOMR^ welcher jeweils durch den durch die in Reihe geschalteten zweiten Spulen 3 fließenden Strom I2 erzeugt wird, ermöglicht eine Reduktion des Eisenanteils in den jeweiligen ersten Spulen 2 bei Beibehaltung ihrer Induk tivität, so dass bei der Glättung des durch die Gleichrichter 8 jeweils erzeugten Gleichstroms Ii beziehungsweise des ge samten Stroms IGES trotz des reduzierten Eisenanteils in den ersten Spulen 2 keine negativen Effekte auftreten. In the case of currents Ii of the same size, the same turns ratio n to m of the turns of the first coil n and of the second coil m can be used in the coil arrangements 4. In this way, the same compensation of the magnetic flux ® DC generated by the respective first coils 2 is achieved by the current I2 flowing through all the second coils 3 through the coil arrangements 1. The total or partial compensation of the magnetic flux ® DC by the magnetic flux F KOMR ^ which is generated by the current I2 flowing through the series-connected second coils 3 enables a reduction of the iron content in the respective first coils 2 while maintaining their inductance activity, so that when smoothing the direct current Ii generated by the rectifier 8 or the entire current I G E S, despite the reduced iron content in the first coils 2, no negative effects occur.
Bei einem Betrieb der Schaltungsanordnung 7 bzw. einer die Schaltungsanordnung 7 umfassenden Elektrolyseeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Vorzeichen der Ströme Ii und I2 derart gewählt, dass die ersten Spulen 2 und die zweiten Spulen 3 der Spulenanordnungen 1 derart bestromt werden, dass der von den zweiten Spulen 3 jeweils erzeugte magnetische Fluss dem von den ersten Spulen 2 jeweils erzeug ten magnetischen Fluss zumindest innerhalb des jeweils ge meinsamen Koppelelements 4 entgegenwirkt. Der von den Gleich richtern 8 erzeugte Nutzgleichstrom IGES sowie der von der Stromquelle 12 erzeugte Kompensationsstrom I2 sind bei je weils gleichen Windungsverhältnissen n zu m proportional zu einander, so dass sowohl die Kompensation durch den Strom I2 als auch die Stromstärke des Nutzgleichstroms beziehungsweise des Gesamtgleichstroms IGES anhand einer relativen Sollstrom vorgabe gemeinsam geregelt werden können. Die Sollstromvorga be kann dabei z. B. ein Wert zwischen 0 %, welcher einem aus geschalteten Zustand der Schaltungsanordnung entspricht, und 100 %, was einer maximalen Gleichstromabgabe durch die Schal tungsanordnung entspricht, liegen. When operating the circuit arrangement 7 or an electrolysis device comprising the circuit arrangement 7 with a method according to the invention, the signs of the currents Ii and I2 are selected such that the first coils 2 and the second coils 3 of the coil arrangements 1 are energized in this way be that the magnetic flux generated by the second coils 3 in each case counteracts the magnetic flux generated by the first coils 2 at least within the respective common coupling element 4. The useful direct current I G E S generated by the rectifiers 8 and the compensation current I2 generated by the current source 12 are proportional to each other with the same winding ratios n to m, so that both the compensation by the current I2 and the current strength of the useful direct current or of the total direct current I G E S can be regulated jointly using a relative target current specification. The Sollstromvorga be can, for. B. a value between 0%, which corresponds to a switched off state of the circuit arrangement, and 100%, which corresponds to a maximum direct current output by the circuit arrangement, lie.
Die Gleichrichter 8 sind als Dreiphasengleichrichter ausge bildet. Beispielsweise können die Gleichrichter 8 als B6- Brückengleichrichter ausgebildet sein. Die Stromquelle 12 kann ebenfalls als ein Gleichrichter ausgeführt sein. Bei spielsweise kann die Stromquelle 12 auch über das Stromnetz, welches mit den Primärwicklungen 10 der Transformatoren 9 verbunden ist, gespeist werden. Sowohl die Gleichrichter 8 als auch die Stromquelle 12 können regelbar ausgeführt sein. The rectifier 8 are formed out as a three-phase rectifier. For example, the rectifiers 8 can be designed as B6 bridge rectifiers. The current source 12 can also be designed as a rectifier. For example, the power source 12 can also be fed via the power grid which is connected to the primary windings 10 of the transformers 9. Both the rectifier 8 and the current source 12 can be designed to be controllable.
Die Darstellung der Schaltungsanordnung 7 mit vier Gleich richtern 8 ist rein beispielhaft. Es können auch eine andere Zahl von Gleichrichtern 8 und/oder eine andere Zahl von The representation of the circuit arrangement 7 with four rectifiers 8 is purely exemplary. There can also be a different number of rectifiers 8 and / or a different number of
Transformatoren 9 eingesetzt werden. Transformers 9 are used.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Bezugszeichenliste Although the invention has been illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiment, the invention is not restricted by the examples disclosed and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of the invention. List of reference symbols
1 Spulenanordnung1 coil arrangement
2 erste Spule 2 first coil
3 zweite Spule 3 second coil
4 Koppelbauteil 4 coupling component
5 U-förmiges Element5 U-shaped element
6 I-förmiges Element 7 Schaltungsanordnung 8 Gleichrichter 9 Transformator6 I-shaped element 7 Circuit arrangement 8 Rectifier 9 Transformer
10 Primärwicklung10 primary winding
11 Sekundärwicklung11 secondary winding
12 Stromquelle 12 power source
13 Elektrolyseur 13 electrolyser

Claims

Patentansprüche Claims
1. Schaltungsanordnung, umfassend wenigstens eine Spulenano rdnung (1) mit einer ersten Spule (2) und einer zweiten Spule (3), wobei die erste Spule (2) mit einer Gleichspannungsseite eines Gleichrichters (8) der Schaltungsanordnung (7) verbun den ist und die zweite Spule (3) mit einer Stromquelle (12) der Schaltungsanordnung (7) verbunden ist, wobei die erste Spule (2) und die zweite Spule (3) über ein jeweils einen Kern der Spulen (2, 3) bildendes Koppelbauteil (4) der Spu lenanordnung (1) miteinander gekoppelt sind. 1. A circuit arrangement comprising at least one Spulenano circumference (1) with a first coil (2) and a second coil (3), wherein the first coil (2) is connected to a DC voltage side of a rectifier (8) of the circuit arrangement (7) and the second coil (3) is connected to a power source (12) of the circuit arrangement (7), the first coil (2) and the second coil (3) each via a coupling component (2, 3) forming a core of the coils (2, 3). 4) the coil arrangement (1) are coupled together.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Koppelbauteil (4) ein insbesondere jochartig ausgebildeter Eisenkern ist. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the coupling component (4) is a particularly yoke-like iron core.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die zweite Spule (3) der Spulenanordnung (1) eine höhere Windungszahl als die erste Spule (2) der Spu lenanordnung (1) aufweist. 3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the second coil (3) of the coil arrangement (1) has a higher number of turns than the first coil (2) of the Spu len arrangement (1).
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Gleichrichter (8) und mehrere Spulenanordnungen (1) umfasst, wobei die ers ten Spulen (2) der Spulenanordnungen (3) jeweils mit einem anderen der Gleichrichter (8) verbunden sind. 4. Circuit arrangement according to one of the preceding and workman, characterized in that it comprises several rectifiers (8) and several coil arrangements (1), the first coils (2) of the coil arrangements (3) each having a different one of the rectifiers (8) are connected.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die zweiten Spulen (3) der Spulenanordnungen (1) gemeinsam, insbesondere in einer Reihenschaltung, mit der Stromquelle (12) verbunden sind. 5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the second coils (3) of the coil arrangements (1) are connected together, in particular in a series circuit, to the power source (12).
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (12) regel bar und insbesondere als Gleichrichter ausgebildet ist und/oder dass der oder die Gleichrichter (8) regelbar 6. Circuit arrangement according to one of the preceding and workman che, characterized in that the current source (12) is controllable and in particular designed as a rectifier and / or that the rectifier or rectifiers (8) can be regulated
und/oder als Dreiphasengleichrichter, insbesondere als B6- Brückengleichrichter, ausgebildet ist oder sind. and / or is or are designed as a three-phase rectifier, in particular as a B6 bridge rectifier.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Gleichrichter (8) wechselspannungsseitig jeweils mit einer Sekundärwicklung (11) wenigstens eines Transformators (9) der Schaltungsanord nung (7) verbunden ist oder sind. 7. Circuit arrangement according to one of the preceding and workman, characterized in that the rectifier or rectifiers (8) is or are connected on the AC voltage side to a secondary winding (11) of at least one transformer (9) of the circuit arrangement (7).
8. Elektrolyseeinrichtung umfassend eine Schaltungsanordnung (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die erste Spule (2) oder die ersten Spulen (2) der Schaltungsanordnung (7) mit wenigstens einem Elektroly seur (13) der Elektrolyseeinrichtung verbunden sind. 8. Electrolysis device comprising a circuit arrangement (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the first coil (2) or the first coils (2) of the circuit arrangement (7) is connected to at least one electrolyzer (13) of the electrolysis device are.
9. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Elektrolyseeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spule (2) und die zweite Spule (3) der wenigstens einen Spulenano rdnung (1) derart bestromt werden, dass der von der zweiten Spule (3) erzeugte magnetische Fluss dem von der ersten Spule (2) erzeugten magnetischen Fluss zumindest innerhalb des ge meinsamen Koppelelements (4) entgegenwirkt. 9. A method for operating a circuit arrangement (7) according to one of claims 1 to 7 or an electrolysis device according to claim 8, characterized in that the first coil (2) and the second coil (3) of the at least one Spulenano approximately (1) such be energized so that the magnetic flux generated by the second coil (3) counteracts the magnetic flux generated by the first coil (2) at least within the common coupling element (4).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem oder den Gleichrichtern (8) erzeugter Nutzgleich- ström sowie ein von der Stromquelle (12) erzeugter Kompensa tionsgleichstrom anhand einer gemeinsamen relativen Soll stromvorgabe geregelt werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that a useful direct current generated by the rectifier or rectifiers (8) and a compensation direct current generated by the power source (12) are regulated using a common relative target current specification.
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